為什么你的手機(jī)電池在新的時候持?jǐn)?shù)天，但在一年后的幾個小時就只能用一天了？來自《路透社》的報道稱，最新研究揭示了鋰離子電池如何降解并為更持久的電池鋪平道路。

科學(xué)家終于揭開了為什么智能手機(jī)電池在使用一年左右之后會出現(xiàn)電池壽命迅速衰減的秘密。根據(jù)最新調(diào)查結(jié)果，人們普遍理解的鋰離子電池工作原理是不正確的。它們不是帶電粒子在電池內(nèi)部以單一，均勻的方向流動，而是以隨機(jī)的運(yùn)動模式來回移動。根據(jù)研究人員的說法，這些最新研究成果可用于制造新型電池，使電池持續(xù)更長時間并保持電量而不會損壞電池的使用壽命。科學(xué)家表示，這可能可以促進(jìn)于電動汽車的大規(guī)模推廣，以及改善全球數(shù)十億依靠電池運(yùn)轉(zhuǎn)的小工具的使用壽命。

這項突破性的研究來自斯坦福大學(xué)，麻省理工學(xué)院和巴斯大學(xué)的研究人員，他們發(fā)現(xiàn)我們對鋰離子電池（這種類型為我們最喜愛的手機(jī)、電腦以及其他小電器提供動力）的理解是不正確的。已知帶電粒子通過材料（電解質(zhì)）在正電極和負(fù)電極之間流動，并且該運(yùn)動產(chǎn)生電荷。然而，之前認(rèn)為鋰是各向異性的，這意味著它在單一方向上流動，顆粒以單一、均勻的方式通過電池。然而，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)實是非常不同的，并且被稱為離子的顆粒實際上在電解質(zhì)中來回循環(huán)和流動。這會在電池內(nèi)部產(chǎn)生隨機(jī)密集的離子，從而產(chǎn)生大量熱量，損壞電池的使用壽命。

結(jié)果，電池失去了保持電量的能力，我們經(jīng)常發(fā)現(xiàn)自己更經(jīng)常地依賴便攜式充電寶。

斯坦福大學(xué)助理教授WilliamChueh說：'我們使用了來自加速器的非常強(qiáng)大的X射線，我們正在使用這些X射線來觀察這些單獨(dú)的納米顆粒。“我們最初的期望是鋰只在某些方向上移動。我們實際看到鋰的走向是不符合我們原先理解的方向。該研究利用斯坦福大學(xué)SLAC國家加速器實驗室的設(shè)施，讓科學(xué)家團(tuán)隊在納米尺度上研究電池的工作細(xì)節(jié)。Chueh博士詳細(xì)闡述了這一現(xiàn)象，并解釋說以前的理論沒有說明液體如何與固體相互作用。他說：“有點(diǎn)像太空，我們考慮粒子在真空中的表現(xiàn)，但電池內(nèi)部不是真空的，它充滿了液體。”該團(tuán)隊相信他們將能夠通過改變運(yùn)輸路徑來解決這個缺陷，并在未來開發(fā)出更耐用的電池。

那么問題來了，鋰離子電池究竟如何工作？

實際上，鋰離子電池通過將電子從電池的一端“移動到另一端”來存儲和釋放能量。我們可以利用來自那些移動電子的能量來為我們工作，比如為鉆機(jī)提供動力一樣。

電池的這兩個“端”稱為電極。一個稱為陽極，另一個稱為陰極。通常，陽極由碳制成，陰極由稱為金屬氧化物的化合物制成，如氧化鈷。

最終的電池成分稱為電解質(zhì)，它位于兩個電極之間。在鋰離子電池的情況下，電解質(zhì)是含有鋰離子的鹽溶液。鋰電池也因此得名。將電池放入設(shè)備時，帶正電的鋰離子會被吸引并向陰極移動。一旦陰極被這些離子轟擊，陰極就會比陽極充電更多，這會吸引帶負(fù)電的電子。隨著電子開始向陰極移動，我們迫使它們穿過我們的器件并利用電子流向陰極的能量來產(chǎn)生電能。你可以把它想象成水輪，除了在這里不是水流動，而是電子流動。

鋰離子電池特別有用，因為它們是可充電的。當(dāng)電池連接到充電器時，鋰離子以與以前相反的方向移動。當(dāng)它們從陰極移動到陽極時，電池恢復(fù)供另一次使用。與其他電池相比，鋰離子電池每單位重量也可以產(chǎn)生更多的電力。這意味著鋰離子電池可以存儲與其他電池相同的功率，但可以在更輕更小的體積中實現(xiàn)。

具體我們是如何為電池充電的呢？

簡單來講，電池由三個部件組成：正電極，負(fù)電極和電解質(zhì)。當(dāng)電池正在充電時，鋰離子從正電極中提取并通過晶體結(jié)構(gòu)和電解質(zhì)移動到負(fù)電極，在那里它們被存儲下來。此過程發(fā)生得越快，電池充電的速度就越快。制造電池的材料會嚴(yán)重限制該速率。石墨是負(fù)極的常用材料，因為它能很好地接受正離子并具有高能量密度。在尋找新的電極材料時，研究人員通常會嘗試使顆粒變小。然而，制造具有納米顆粒的實用電池是困難的，因為它與電解質(zhì)產(chǎn)生許多棘手的化學(xué)反應(yīng)，因此電池不會持續(xù)那么長，而且制造成本昂貴。